https://doi.org/10.4257/oeco.2020.2404.02
ASPECTOS TAXONÔMICOS DA BIOPROSPECÇÃO NO BRASIL: TENDÊNCIA
CIENTÍFICA
Samylla Tassia Ferreira de Freitas
1*, Marcelino Benvindo-Souza
2, Leonice Oliveira
Teodoro
1, Marcela Melo Peres Goulart
1, Tainara Furtado Eler Pinto
1, Maryana Oliveira
Azevedo
1, Alisson Montanheiro Valentim
1, Paulo Sérgio Pereira
1, Lia Raquel de Souza
Santos
1& Fábio Henrique Dyszy
11 Instituto Federal Goiano, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade e Conservação. Rua do Pequi, 917 - 1047, Lot. Gameleira, CEP 75906-750, Rio Verde, GO, Brasil.
2 Universidade Federal de Goiás, Campus Samambaia, Laboratório de Mutagênese, Instituto de Ciências Biológicas. Av. Esperança, s/n - Chácaras de Recreio Samambaia, CEP: 74690-900, Goiânia, GO, Brasil.
E-mails: samylla.freitas@ifgoiano.edu.br (*autor correspondente); marcelinobenvindo@gmail.com; leoniceoliveira1212@hotmail.com; marcelamelorc7@gmail.com; tainara-eler@hotmail.com; maryanaazevedo84@ hotmail.com; alissonvalentim@hotmail.com; paulo.pereira@ifgoiano.edu.br; lia.santos@ifgoiano.edu.br; fabio.dyszy@ ifgoiano.edu.br
Resumo: A bioprospecção de metabólitos secundários é um preditor chave para o crescimento econômico
e desenvolvimento de um país. No presente estudo, revisamos a tendência da bioprospecção no Brasil focada em grupos taxonômicos. Foram utilizados dados publicados em duas renomadas bases de dados, a Web of Science e a Scopus. Os estudos com esse tópico foram publicados entre 2004 e 2018, cujos táxons, plantas, microrganismos, insetos, esponjas e anfíbios foram bioprospectados, demonstrando crescimento significativo do número de publicações (R² = 0,77; N = 67; p = 0,0006) ao longo dos anos. Como já se esperava, as plantas dominaram o cenário das citações nas pesquisas, sendo o grupo mais bem conhecido (R² = 0,71; N = 40; p = 0,002), em decorrência do Brasil possuir a maior riqueza de espécies vegetais do mundo com possibilidades de forte uso farmacológico. O aumento dos trabalhos, com destaque para o reino Plantae, maximizou a aplicação biotecnológica voltada à indústria farmacêutica. Microrganismos, incluindo algas, bactérias e fungos também demonstraram aumento significativo do número de publicações (R² = 0,81; N= 34; p = 0,0002). Em relação às aplicações biotecnológicas de pesquisas com atividades de bioprospecção no Brasil, foi observado que a indústria farmacêutica foi responsável, no período considerado, pela maior parte das investigações (72,9 %), seguido pela agricultura (12,8 %), indústria bioenergética (5,7 %), biorremediação (4,3 %) e indústria de alimentos (4,3 %). Os dados indicam um cenário promissor na bioprospecção do país, entretanto, insetos, esponjas e anfíbios tiveram um número baixo de trabalhos publicados, impossibilitando uma análise temporal.
Palavras-chave: biodiversidade; recursos genéticos; biotecnologia; conservação.
TAXONOMIC ASPECTS OF BIOPROSPECTION IN BRAZIL: SCIENTIFIC TREND: Bioprospecting of
secondary metabolites is a key predictor for economic growth and development of a country. In the present study, we reviewed the trend of bioprospecting in Brazil focused on taxonomic groups. We use data published in the Web of Science and Scopus. Studies with this topic were published between 2004 and 2018, whose taxa, plants, microorganisms, insects, sponges, and amphibians were bioprospected, demonstrating significant
growth in the number of publications (R² = 0.77; N = 67; p = 0.0006). As expected, plants dominated the citations scenario in the surveys, being the most well-known group (R² = 0.71; N = 40; p = 0.002), as a result of Brazil having the greatest species richness of plants in the world with great pharmacological use. The increase on the number of studies, especially in the kingdom Plantae, maximized the biotechnological applicability in the pharmaceutical industry. Microorganisms, including algae, bacteria and fungi also showed a significant increase in the number of publications (R² = 0.81; N = 34; p = 0.0002). Regarding the biotechnological applications of bioprospecting research in Brazil, the pharmaceutical industry accounted for the majority of the investigations (72.9 %), followed by agriculture (12.8 %), bioenergy industry (5.7 %), bioremediation (4.3 %), and food industry (4.3 %). The data indicate a promising scenario in the country’s bioprospecting; however, insects, sponges and amphibians had a low number of published studies, making it impossible to perform a temporal analysis.
Keywords: biodiversity; genetic resources; biotechnology; conservation.
INTRODUÇÃO
O Brasil é o país com maior diversidade biológica do planeta e abriga entre 15 e 25 % de toda biodiversidade mundial conhecida (Russo et al. 2014, Joly 2011). A diversidade biológica possui grande importância para atividades de bioprospecção voltadas à aplicabilidade tecnológica, possibilitada pela grande riqueza de espécies vegetais, animais e de microrganismos (Oliveira et al. 2015, Saccaro Junior 2011). A aplicação tecnológica com utilização de sistemas biológicos, tais como organismos vivos ou derivados, consiste em fabricar, modificar produtos ou desenvolver processos para utilização específica (CDB 1992). Diante disso, as atividades de acesso aos patrimônios genéticos com fins de desenvolvimento tecnológico podem resultar em produtos ou processos passíveis de serem explorados economicamente, além de contribuir para o desenvolvimento científico e com o uso sustentável (Joly 2011, Saccaro Junior 2011, Astolfi Filho et al. 2014).
A bioprospecção de metabólitos secundários torna-se preditor chave para o crescimento econômico e desenvolvimento de um país (Ferreira et al. 2013, Astolfi Filho et al. 2014). Novos compostos bioativos podem ser descobertos a partir de projetos de bioprospecção, sendo úteis para desenvolvimento de produtos com finalidades agrícola, farmacêutica, na indústria alimentícia e de energia (Sandes et al. 2000, Souza et al. 2008, Soares et al. 2012, Ferreira et al. 2013, Peil et al. 2016).
Embora atividades de bioprospecção sejam incipientes, tem ocorrido no Brasil avanço no desenvolvimento de potencialidades e capacidades
científicas e tecnológicas (Marques et al. 2014), que contribuem com a demonstração dos altos valores dos recursos biológicos disponíveis (Marques et al. 2014, Astolfi Filho et al. 2014). Neste sentido, dado que uma das formas fundamentais da ciência é a divulgação dos resultados, para identificar os tipos de recursos biológicos trabalhados no Brasil, foram revisadas as produções científicas disponíveis sobre a bioprospecção nos últimos 15 anos. Foram enfatizados (i) ano de publicação, (ii) grupos taxonômicos estudados, e (iii) aplicações tecnológicas da biodiversidade. Com o desenvolvimento do trabalho, além de descrever a tendência dos estudos, é possível apontar lacunas e sugerir direções futuras para a bioprospecção nacional.
MATERIAL E MÉTODOS
Para o desenvolvimento do estudo, foram revisados artigos publicados nas bases de dados ISI Web of Science (www.isiknowledge.com) e Scopus (http:// www.scopus.com), com utilização das palavras-chave “Bioprospecting, brazil*”. Para a realização da busca foi considerado o ano mais antigo das bases de dados utilizadas, até dezembro de 2018 e as bases de dados foram selecionadas devido ao seu alcance em âmbito internacional (Nabout et al. 2014, Benvindo-Souza et al. 2017).
Dentre os artigos encontrados, foram selecionados e compilados somente estudos cujo objetivo principal foi o de bioprospecção, ou seja, de exploração dos recursos genéticos ou bioquímicos de qualquer grupo taxonômico. Dessa forma, estudos de revisão não foram compilados, para que os resultados obtidos representassem a
realidade e não infl uenciasse a análise temporal da produção científica relacionada com as investigações da bioprospecção brasileira.
Para cada artigo foram analisadas as variáveis, (i) ano de publicação, (ii) grupos taxonômicos e (iii) aplicabilidades biotecnológicas (para área de interesse dos estudos). Para verifi car se houve aumento na quantidade de artigos publicados sobre aspectos taxonômicos da bioprospecção no Brasil ao longo do tempo, foi aplicada a correlação de Pearson (p < 0,05) entre o ano e o número de artigos publicados. Foi realizada a soma de quantas vezes os grupos taxonômicos foram citados pelos autores, uma vez que um artigo pode trabalhar com mais de um grupo de organismo. Para esses dados, também foi aplicada correlação, a fi m de demonstrar qual campo biológico tem sido mais investigado na bioprospecção no Brasil. Nas aplicabilidades biotecnológicas, foram detectadas e estipuladas cinco categorias: indústria de alimentos, agricultura, indústria de bioenergia, biorremediação e indústria farmacêutica; para indústria farmacêutica, foram agrupados
trabalhos de farmacologia, etnofarmacologia e etnobotânica.
RESULTADOS
Um total de 132 artigos foram encontrados nas bases de dados ISI Web of Science (Thomson Reuters Scientifi c) e Scopus. Contudo, apenas 67 trabalhos atendiam ao critério de seleção utilizado, com desenvolvimento de atividades de bioprospecção no Brasil. Os trabalhos foram publicados entre o período de 2004 e 2018 e uma lista de publicações consideradas nesse estudo está disponibilizada como material suplementar. Foi verifi cada correlação signifi cativa (Figura 1) entre o número de trabalhos em relação ao ano de publicação (R² = 0,77; p = 0,0006), que implica em aumento da produção científi ca nos últimos 15 anos envolvendo atividades de bioprospecção no Brasil.
Cinco grupos taxonômicos foram citados (Figura 2), sendo que desses, dois grupos demonstraram crescimento signifi cativo de
Figura 1. Número de artigos publicados sobre bioprospecção no Brasil e indexados na base de
dados Web of Science e Scopus entre 2004 a 2018.
Figure 1. Number of articles published on bioprospecting in Brazil and indexed in the Web of Science and Scopus database between 2004 and 2018.
publicações: plantas (R² = 0,71; p = 0,002) e microrganismos, incluindo algas, bactérias e fungos. Já insetos, esponjas e anfíbios tiveram um número baixo de trabalhos publicados, impossibilitando uma análise temporal.
Paralelo às investigações dos grupos taxonômicos ocorre o interesse em aplicabilidades
biotecnológicas. O presente estudo reporta basicamente cinco áreas de interesse (Figura 3). Avaliar as aplicações da bioprospecção é importante para detectar as áreas de pesquisa mais exploradas, além de gerar indicadores biotecnológicos para pesquisas futuras. Foi observado que a indústria farmacêutica foi
Figura 2. Grupos taxonômicos estudados em bioprospecção no Brasil, publicados entre
2004 e 2018 de acordo com Web of Science e Scopus. n = número de citações.
Figure 2. Taxonomic groups studied on bioprospecting in Brazil, published between 2004 and 2018 according to Web of Science and Scopus. n = number of citations.
Figura 3. Aplicações biotecnológicas dos estudos tendo como enfoque a bioprospecção no
Brasil.
responsável pela maior parte das investigações (72,9 %), seguido pela agricultura (12,8 %), indústria bioenergética (5,7 %), biorremediação (4,3 %) e indústria de alimentos (4,3 %).
DISCUSSÃO
O interesse em atividades de bioprospecção voltada à indústria farmacêutica pode estar associado às necessidades de descobertas de novas drogas, tendo em vista a ameaça de microrganismos patogênicos resistentes aos antibióticos disponíveis (Silver & Bostier 1993). Nesse contexto, as pesquisas relacionadas às aplicabilidades farmacêuticas estiveram voltadas à busca por compostos com atividades antimicrobianas (Silva et al. 2018, Noriler et al. 2018), atividades anti-inflamatórias (Lazarini et al. 2018), atividades antioxidantes (Vasconcelos et al. 2018), bem como compostos capazes de neutralizar efeitos tóxicos de veneno de serpentes (da Silva et al. 2017).
O crescimento quantitativo de estudos pode estar associado às redes de bioprospecção crescentes no país (Marques et al. 2014), bem como ao aumento da produção científica brasileira. Estudos sobre a tendência científica brasileira em diferentes áreas também evidenciam aumento significativo de publicações em áreas como: gestão de resíduos sólidos urbanos (Bonjardim et al. 2018), insetos bioindicadores da ordem Odonata (Miguel et al. 2017) e enfermagem sobre HIV / AIDS (de Holanda et al., 2014). De acordo com De Almeida e Guimarães (2013), o Brasil faz parte de um pequeno grupo de países que alcançaram altas taxas de crescimento na produção científica nos últimos 30 anos. De Meis et al. (2007) associam o aumento de publicações à expansão do sistema de pós-graduação Strictu sensu brasileira, que possui papel fundamental no crescimento da ciência brasileira. Houve crescimento significativo na formação de pesquisadores no país com aumento de 228 % no registro de programas de mestrado e doutorado entre os anos de 1998 e 2010 (De Almeida & Guimarães 2013).
A maior quantidade de trabalhos com atividade de bioprospecção foi observada com utilização de plantas, reino que mais contribuiu para o aumento de trabalhos de pesquisa, fato que
pode ser reflexo de a maior diversidade vegetal do mundo estar no Brasil (Sant’Ana & Assad 2002, Forzza et al. 2010). O resultado demonstra que a produção científica acerca da bioprospecção no Brasil foi impulsionada principalmente por trabalhos de etnobotânica, conceituada por Cotton (1996), como estudo das interrelações diretas que existem entre os seres humanos e as plantas. Tais estudos visam estudar as aplicações e os usos dos vegetais pelo homem, o que inclui os usos medicinal e agrícola. Percebe-se, portanto, a importância da bioprospecção de metabólitos secundários de origem vegetal, que direcionem aplicações biotecnológicas para indústria farmacêutica (Regasini et al. 2009, Cartaxo et al. 2010, Oliveira et al. 2011) e controle de pragas agrícolas (Souza et al. 2008). Segundo Souza et al. (2016a e 2016b), a tendência de aplicações supracitadas é observada desde os tempos remotos quando as plantas eram usadas para fins de diagnóstico, profilaxia ou cura. Pavela (2016) relata que, há mais de 3000 anos, plantas aromáticas e respectivos extratos ou decocções eram utilizadas como repelentes e na proteção de alimentos armazenados.
Dentre os estudos que envolvem espécies vegetais destaca-se a finalidade de busca por compostos com atividade antimicrobiana, como a zerumbona, extraída de Zingiber zerumbet, que teve efeitos contra Streptococcus mutans (Da Silva et al. 2018), atividade anti-inflamatória, como catequinas, elagitaninos, flavonoides e antocianinas encontrados em Eugenia brasiliensis (Lazarini et al. 2018), atividades antioxidante e antitumoral a partir de riparinas encontradas em Aniba riparia (Araújo et al. 2016) e atividade inseticida, conforme evidenciado pelos efeitos de Gomphrena elegans contra Sitophilus zeamais (Souza et al. 2008).
Conforme indicado na figura 2, entre os anos de 2016 e 2018, pesquisas com táxons de microrganismos superaram as pesquisas envolvendo o reino Plantae. As aplicações de microrganismos bioprospectados durante esses anos estiveram principalmente voltadas às atividades agrícolas, como caracterização de estirpes bacterianas capazes de degradar pesticidas (dos Santos et al. 2016), prospecção de fungos com atividade herbicida (Souza et al. 2017), potencial de isolados bacterianos como
promotores de crescimento de plantas (Felestrino et al. 2017), bem como avaliar isolados fúngicos quanto à atividade antimicrobiana (Gomes et al. 2018).
Com relação às pesquisas envolvendo microrganismos, aquelas abordando os fungos demonstraram maior crescimento nos últimos anos, com trabalhos voltados, principalmente, às novas biotecnologias para produção de biocombustíveis. Muitos estudos buscam elucidar as cascatas de sinalização que resultam na secreção de hidrolases por fungos, utilizando, muitas vezes, Aspergillus nidulans como modelo (Brown et al. 2013). Estudos mostraram que é possível produzir a partir de Trichoderma reesei quantidades consideráveis de celulases a baixo custo no Brasil, fornecendo uma alternativa viável às celulases comerciais entregues às biorrefinarias (Ellilä et al. 2017). O trabalho desenvolvido por de Lima et al. (2016) mostrou que Pichia pastoris tem grande potencial como organismo fermentativo na produção de ácido L- láctico usando glicerol como fonte de carbono, o ácido L- láctico é amplamente utilizado nas indústrias alimentícia, farmacêutica, têxtil, de couro e química. Ensaios com Pseudozyma brasiliensis mostraram que essa levedura produz a enzima endo-β-1,4-xilanase, uma xilanase importante para a hidrólise do xilano, com papel na produção do etanol de segunda geração (Kaupert Neto et al. 2015). Os fungos fomentaram interesse também para a área farmacêutica, visto que estão relacionados às propriedades medicinais e potencial farmacológico, e também na área de alimentação (Nascimento et al. 2015). Em contrapartida, as bactérias não demonstraram expressividade em número de publicações.
Outro ponto importante é a utilização de microrganismos na degradação de matéria orgânica (Soares et al. 2012), que tem estimulado a busca de enzimas celulolíticas para serem utilizadas na indústria de bioenergia (Soares et al. 2012), como novas tecnologias da agricultura e no controle de pragas (Silva et al. 2012). Cita-se, portanto, as lipases, pertencente ao grupo das hidrolases que catalisam a conversão de triacilgliceróis a ácidos graxos livres e glicerol (Peil et al. 2016). As lipases microbianas são muito importantes devido ao uso comercial em alimentos, em produtos lácteos (Anbu et al.
2011) e alto potencial de utilização em aplicações industriais na agricultura e na biorremediação (Leite et al. 2014).
As interações complexas de microrganismos e hospedeiros estão relacionadas à produção de compostos que podem conferir resistência a agentes patogênicos ou à produção de compostos bioativos ou reguladores de crescimento (Polonio et al. 2015, Vieira et al. 2014, Vieira et al. 2012). Trabalhos com bactérias têm abordado diversos segmentos biotecnológicos, tanto para a agricultura como para finalidade de biorremediação. Estudos têm selecionado bactérias tolerantes à salinidade para propiciar maior promoção de crescimento vegetal em solos com estresse salino (Leite et al. 2014).
Os organismos marinhos representam também uma fonte valiosa de novos compostos, sendo que extratos brutos de algas Spatoglossum schroederi foram capazes de neutralizar algumas das atividades biológicas de veneno de serpente (Domingos et al. 2012). De acordo com Aneiros e Garateix (2004), os organismos marinhos representam uma importante fonte de novos compostos, constituindo uma fonte ilimitada de novos produtos com atividade farmacológica. As pesquisas com algas marinhas estiveram direcionadas principalmente à inibição das enzimas envolvidas em atividades biológicas de veneno de Lachesis muta e Bothrops jararacuçu
(Domingos et al. 2012, Moreira et al. 2014, Silva et al. 2015).
Não foi possível realizar a análise de crescimento de estudos envolvendo insetos, esponjas e anfíbios, devido ao baixo número de publicações. Apesar disso, poríferos demonstraram propriedades antimicrobianas (Cristancho et al. 2008) e anticoagulantes em terapias antitrombóticas (Moura et al. 2011). As propriedades apresentadas demonstram a importância econômica em diversas áreas (Cristancho et al. 2008, Moura et al. 2011), bem como em desenvolver novos estudos com uso das esponjas. Anfíbios produzem secreções glandulares ativas, sendo fontes promissoras para novos produtos químicos anticancerígenos (Ferreira et al. 2013).
Ainda que menor, foi evidenciado o interesse em atividades de bioprospecção voltada à agricultura. Os trabalhos estiveram voltados
principalmente ao aumento da produtividade de culturas, a partir da descoberta de compostos com atividade contra microrganismos patógenos de vegetais (Noriler et al. 2018), atividade herbicida (Souza et al. 2017) e inseticida (Silva et al. 2012, Souza et al. 2008), além de melhor desempenho de culturas em solos salinos (Leite et al. 2014) e uso de cepas bacterianas capazes de degradar/tolerar diferentes tipos de pesticidas (Santos et al. 2016). A busca por produtos naturais como defensivos agrícolas ocorre devido aos riscos ambientais enfrentados pelo uso de pesticidas sintéticos, bem como à necessidade de compostos eficazes para combater o aumento das taxas de resistência (Rattan 2010).
Assim, verificamos que os procedimentos atuais de bioprospecção e biotecnologia permitem descobrir com eficiência novas substâncias e desenvolver novos bioprodutos, que inclusive agrega valor à biodiversidade (Astolfi Filho et al. 2014). A partir do conhecimento dos potenciais biotecnológicos de espécies, é possível promover programas e estratégias de conservação (Cullen & Valadares 2004), a fim de, além de evitar a extinção de espécies, utilizar compostos de interesse econômico e biotecnológico e promover o desenvolvimento sustentável.
CONCLUSÕES
Foram observados cinco grupos taxonômicos com trabalhos que envolvem atividade de bioprospecção. Plantas e microrganismos têm despertado maior interesse científico, enquanto os estudos sobre insetos, esponjas e anfíbios ainda são incipientes. Essa baixa produtividade científica pode ser explicada pela dificuldade de amostragem destes táxons ou pela escassez de profissionais disponíveis no mercado e laboratórios especializados. Esponjas, por exemplo, são organismos bentônicos, predominantemente marinhos, podendo haver dificuldade de acesso ao seu ambiente de ocorrência. Já em relação aos anfíbios, pode estar associada à quantidade de espécies de interesse farmacológico e com mecanismo de ação presente, restrito principalmente à família Dendrobatidae. Neste sentido, enfatiza-se a necessidade de construção de conhecimento dos compostos bioativos produzidos por esses
organismos poucos estudados. Concluímos a partir dos dados encontrados, que a aplicabilidade biotecnológica na indústria farmacêutica é a principal impulsionadora da bioprospecção no país.
AGRADECIMENTOS
Reconhecemos o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás, FAPEG/GO, e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Agradecemos também ao Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Goiano (IFGoiano) e ao Programa de Pós-graduação em Biodiversidade e Conservação (PPGBio/IFGoiano).
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Material Suplementar:
Tabela 1. Relação de grupos taxonômicos e as aplicabilidades biotecnológicas registradas no presente estudo. *Os números fazem referência às citações enumeradas abaixo da tabela.
Supplementary Material:
Table 1. Relation of taxonomic groups and
biotechnological applicabilities recorded in the present study. *Number are referent to citations enumerated below table.
Submitted: 16 July 2019 Accepted: 13 April 2020 Published on line: 25 May 2020 Associate Editor: Natalie Olifiers
